KR20200012598A - 생체 신호 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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엄근선
문현석
심재욱
장형석
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Abstract

생체 신호 측정 장치 및 방법이 개시된다. 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치는, 피검체에 광을 조사하고 상기 피검체로부터 되돌아오는 광 신호를 수신하는 광 센서와, 상기 광 센서의 측정 영역과 동일한 영역에 대한 깊이별 생체 임피던스를 측정하는 생체 임피던스 센서를 포함할 수 있다.

Description

생체 신호 측정 장치 및 방법{Apparatus and method for measuring bio signal}
생체 신호를 측정하는 장치 및 방법과 관련된다.
환자의 건강 상태를 진단하기 위한 다양한 의료 장비들이 개발 중에 있다. 건강 진단 과정에서 환자의 편의, 건강 진단 결과의 신속성 등으로 인하여 환자의 전기적인 생체 신호를 측정하기 위한 의료 장비들의 중요성이 부각되고 있다.
한편, 생체 조직의 피부는 각질, 표피, 진피 등 여러 층으로 구성되어 있고, 각 부분별로 특성이 상이하다. 원하는 생체 신호를 측정하기 위해서는 여러 층 중에서 원하는 층의 정보를 얻는 것이 필요하다. 예컨대, 임피던스 혈당 센서의 경우 진피에서 혈액의 임피던스 정보를 얻는 것이 필요하다. 그러나, 이렇게 획득된 임피던스는 피부의 다른 생체 조직에 영향을 받으므로 다른 생체 조직에 대한 정보가 필요하다. 이를 위해 서로 다른 종류의 센서들로 복합 센서를 구성하여 서로 다른 종류의 센서들을 함께 이용하려는 시도가 이루어지고 있다.
생체 신호 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 양상에 따른 생체 신호 측정 장치는, 피검체에 광을 조사하고 상기 피검체로부터 되돌아오는 광 신호를 수신하는 광 센서와, 상기 광 센서의 측정 영역과 동일한 영역에 대한 깊이별 생체 임피던스를 측정하는 생체 임피던스 센서를 포함할 수 있다.
상기 생체 임피던스 센서는, 전극 간의 간격, 전극의 면적, 및 측정 주파수 중 적어도 하나를 조절하여 깊이별 생체 임피던스를 측정할 수 있다.
상기 생체 임피던스 센서는, 제1 거리만큼 이격되어 상기 광 센서를 중심으로 대칭적으로 배치되는 제1 전극과 제2 전극과, 제2 거리만큼 이격되어 상기 광 센서를 중심으로 대칭적으로 배치되는 제3 전극과 제4 전극과, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 이용하여 제1 깊이의 생체 임피던스를 측정하고, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극을 이용하여 제2 깊이의 생체 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상기 제3 전극과 상기 제4 전극 사이에 배치될 수 있다.
상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극, 상기 제4 전극 및 상기 광 센서의 중심들은 일직선을 형성할 수 있다.
상기 생체 임피던스 센서는, 깊이별 생체 임피던스 측정을 위한 동작 모드를 제어하는 모드 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 모드 제어부는, 제1 모드에서 상기 임피던스 측정부를 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 연결하고, 제2 모드에서 상기 임피던스 측정부를 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극과 연결할 수 있다.
상기 임피던스 측정부는, 상기 제1 모드에서 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 통해 상기 피검체에 전류를 인가하고, 상기 제2 모드에서 상기 제3 전극과 상기 제4 전극을 통해 상기 피검체에 전류를 인가하는 전류원과, 상기 제1 모드에서 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 양단에 걸리는 제1 전압을 측정하고, 상기 제2 모드에서 상기 제3 전극과 상기 제4 전극 양단에 걸리는 제2 전압을 측정하는 전압계를 포함할 수 있다.
상기 모드 제어부는, 제1 모드에서 상기 제1 전극과 상기 제3 전극의 연결을 끊고 상기 제2 전극과 상기 제4 전극의 연결을 끊고, 제2 모드에서 상기 제1 전극과 상기 제3 전극을 연결하고 상기 제2 전극과 상기 제4 전극을 연결할 수 있다.
상기 임피던스 측정부는, 상기 제1 모드에서 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 통해 상기 피검체에 전류를 인가하고, 상기 제2 모드에서 상기 제1 전극과 연결된 제3 전극과, 상기 제2 전극과 연결된 제4 전극을 통해 상기 피검체에 전류를 인가하는 전류원과, 상기 제1 모드에서 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 양단에 걸리는 제1 전압을 측정하고, 상기 제2 모드에서 상기 제1 전극과 연결된 제3 전극과, 상기 제2 전극과 연결된 제4 전극 양단에 걸리는 제2 전압을 측정하는 전압계를 포함할 수 있다.
상기 생체 임피던스 센서는, 소정 거리만큼 이격되어 상기 광 센서를 중심으로 대칭적으로 배치되는 제1 전극과 제2 전극과, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 이용하여 제1 깊이의 생체 임피던스를 측정 및 제2 깊이의 생체 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부를 포함할 수 있다.
상기 생체 임피던스 센서는, 깊이별 생체 임피던스 측정을 위한 동작 모드를 제어하는 모드 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 모드 제어부는, 제1 모드에서 측정 주파수를 제1 주파수로 설정하고, 제2 모드에서 측정 주파수를 제2 주파수로 설정할 수 있다.
상기 임피던스 측정부는, 상기 제1 모드에서 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통하여 상기 피검체에 상기 제1 주파수의 전류를 인가하고, 제2 모드에서 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통하여 상기 피검체에 제2 주파수의 전류를 인가하는 전류원과, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 양단에 걸리는 전압을 측정하는 전압계를 포함할 수 있다.
생체 신호 측정 장치는, 상기 측정된 광신호 및 상기 측정된 깊이별 생체 임피던스를 기반으로 상기 피검체의 생체 정보를 획득하는 프로세서를 더 포함할 수 있다.
상기 생체 정보는, 체지방량, 제지방량, 근육량, 골격근량, 기초대사량, 세포내수분량, 세포외수분량, 체수분량, 무기질량, 내장지방량, 혈류량, 섭취 칼로리, 적혈구 용적률, 혈당 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 양상에 따른 광 센서와, 제1 거리만큼 이격되어 상기 광 센서를 중심으로 대칭적으로 배치되는 제1 전극과 제2 전극과, 제2 거리만큼 이격되어 상기 광 센서를 중심으로 대칭적으로 배치되는 제3 전극과 제4 전극을 포함하는 생체 신호 측정 장치의 생체 신호 측정 방법은, 피검체에 광을 조사하고 피검체로부터 되돌아오는 광을 수신하여 피검체의 광 신호를 측정하는 단계와, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극을 이용하여 상기 광 센서의 측정 영역과 동일한 영역에 대한 깊이별 생체 임피던스를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 깊이별 생체 임피던스를 측정하는 단계는, 전극 간의 간격, 및 전극의 면적 중 적어도 하나를 조절하여 깊이별 생체 임피던스를 측정할 수 있다.
상기 깊이별 생체 임피던스를 측정하는 단계는, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 통해 상기 피검체에 전류를 인가하고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 양단에 걸리는 전압을 측정하여 제1 깊이의 생체 임피던스를 측정하는 단계와, 상기 제3 전극과 상기 제4 전극을 통해 상기 피검체에 전류를 인가하고 상기 제3 전극과 상기 제4 전극 양단에 걸리는 전압을 측정하여 제2 깊이의 생체 임피던스를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 깊이별 생체 임피던스를 측정하는 단계는, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 통해 상기 피검체에 전류를 인가하고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 양단에 걸리는 전압을 측정하여 제1 깊이의 생체 임피던스를 측정하는 단계와, 상기 제1 전극과 상기 제3 전극을 연결하고, 상기 제2 전극과 상기 제4 전극을 연결하는 단계와, 상기 제3 전극에 연결된 제1 전극과, 상기 제4 전극과 연결된 제2 전극을 통해 상기 피검체에 전류를 인가하고 상기 제3 전극에 연결된 제1 전극과, 상기 제4 전극과 연결된 제2 전극 양단에 걸리는 전압을 측정하여 제2 깊이의 생체 임피던스를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
생체 신호 측정 방법은, 상기 측정된 광 신호 및 상기 측정된 깊이별 생체 임피던스를 기반으로 상기 피검체의 생체 정보를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 생체 정보는, 체지방량, 제지방량, 근육량, 골격근량, 기초대사량, 세포내수분량, 세포외수분량, 체수분량, 무기질량, 내장지방량, 혈류량, 섭취 칼로리, 적혈구 용적률, 혈당 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또 다른 양상에 따른 광 센서와, 소정 거리만큼 이격되어 상기 광 센서를 중심으로 대칭적으로 배치되는 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 생체 신호 측정 장치의 생체 신호 측정 방법은, 피검체에 광을 조사하고 피검체로부터 되돌아오는 광을 수신하여 피검체의 광 신호를 측정하는 단계와, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 이용하여 상기 광 센서의 측정 영역과 동일한 영역에 대한 깊이별 생체 임피던스를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 깊이별 생체 임피던스를 측정하는 단계는, 측정 주파수를 조절하여 깊이별 생체 임피던스를 측정할 수 있다.
상기 깊이별 생체 임피던스를 측정하는 단계는, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 통해 상기 피검체에 제1 주파수의 전류를 인가하고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 양단에 걸리는 전압을 측정하여 제1 깊이의 생체 임피던스를 측정하는 단계와, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 통해 상기 피검체에 제2 주파수의 전류를 인가하고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 양단에 걸리는 전압을 측정하여 제2 깊이의 생체 임피던스를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
생체 신호 측정 방법은, 상기 측정된 광 신호 및 상기 측정된 깊이별 생체 임피던스를 기반으로 상기 피검체의 생체 정보를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
하나 이상의 전극쌍을 광 센서를 중심으로 대칭적으로 배치하고 전극 간의 간격, 전극의 면적, 및 측정 주파수 등을 조절함으로써, 광 센서의 측정 영역과 동일한 영역에 대한 깊이별 생체 임피던스를 측정할 수 있기 때문에, 보다 정밀한 신호를 획득할 수 있다. 또한 장치의 소형화가 가능하다.
도 1은 생체 신호 측정 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2는 생체 임피던스 센서의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3은 광 센서와 전극의 배치의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 생체 임피던스 센서 구조의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 전극간 간격에 따른 에너지 침투 깊이를 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 생체 임피던스 센서 구조의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 7은 생체 임피던스 센서 구조의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 8은 생체 임피던스 센서의 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 9는 생체 임피던스 센서 구조의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 10은 생체 신호 측정 장치의 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 11은 생체 신호 측정 장치의 또 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 12는 생체 신호 측정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 13은 깊이별 생체 임피던스 측정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 14는 깊이별 생체 임피던스 측정 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 15는 깊이별 생체 임피던스 측정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 16은 생체 신호 측정 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
한편, 각 단계들에 있어, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 수행될 수 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하고, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주 기능별로 구분한 것에 불과하다. 즉, 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있다. 각 구성부는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 생체 신호 측정 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다. 도 1의 생체 신호 측정 장치(100)는 피검체의 광 신호와 피검체의 임피던스를 측정할 수 있는 장치로 전자 장치에 탑재될 수 있다. 이때 전자 장치는 휴대폰, 스마트폰, 타블렛, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등을 포함할 수 있고, 웨어러블 디바이스는 손목시계형, 손목 밴드형, 반지형, 벨트형, 목걸이형, 발목 밴드형, 허벅지 밴드형, 팔뚝 밴드형 등을 포함할 수 있다. 그러나 전자 장치는 상술한 예에 제한되지 않으며, 웨어러블 디바이스 역시 상술한 예에 제한되지 않는다.
도 1을 참조하면, 생체 신호 측정 장치(100)는 광 센서(110) 및 생체 임피던스 센서(120)를 포함할 수 있다.
광 센서(110)는 피검체에 광을 조사하고 피검체로부터 되돌아오는 광을 수신하여 피검체의 광 신호를 측정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 광 센서(110)는 광원 및 광 검출기를 포함할 수 있다.
광원은 가시광선 또는 적외선을 피검체에 조사할 수 있다. 그러나, 측정 목적 등에 따라서 광원에서 조사되는 광의 파장은 달라질 수 있다. 그리고 광원은 반드시 단일의 발광체로 구성될 필요는 없으며, 다수의 발광체의 집합으로 구성되어 광원 어레이를 구성할 수 있다. 광원이 다수의 발광체의 집합으로 구성되는 경우, 다수의 발광체는 측정 목적에 적합하도록 서로 다른 파장의 광을 방출할 수도 있고 모두 동일한 파장의 광을 방출할 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 광원은 발광 다이오드(light emitting diode, LED) 또는 레이저 다이오드(laser diode) 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
광 검출기는 피검체로부터 되돌아오는 광 신호를 수신하여 전기 신호로 변환할 수 있다. 광 검출기는 반드시 하나의 소자로 구성될 필요는 없으며, 다수의 소자들이 모여 어레이 형태로 구성될 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 광 검출기는 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor) 또는 전자 결합 소자(charge-coupled device, CCD)등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 실시예에 따르면, 광 센서(110)는 광원 및 분광계(spectrometer)를 포함할 수 있다. 여기서 광원은 전술한 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
분광계는 피검체로부터 되돌아오는 광을 분광시켜 피검체의 스펙트럼을 생성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 분광계는 간섭분광계, 격자분광계, 프리즘 분광계 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
생체 임피던스 센서(120)는 피검체의 생체 임피던스를 측정할 수 있다. 일 실시예에 따르면 생체 임피던스 센서(120)는 광 센서(110)의 측정 영역과 동일한 영역에 대한 깊이별 생체 임피던스를 측정할 수 있다. 이를 위해 생체 임피던스 센서(120)는 광 센서(110)를 중심으로 대칭적으로 배치되는 적어도 하나의 전극쌍을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 생체 임피던스 센서(120)는 전극 간의 간격, 전극의 면적, 및 측정 주파수 중 적어도 하나를 조절하여 깊이별 생체 임피던스를 측정할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 9를 참조하여 생체 임피던스 센서(120)를 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 생체 임피던스 센서의 일 실시예를 도시한 블록도이고, 도 3은 광 센서와 전극의 배치의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 생체 임피던스 센서(120)는 전극부(210), 모드 제어부(220) 및 임피던스 측정부(230)를 포함할 수 있다.
전극부(210)는 피검체에 접촉되는 4개의 전극(211, 212, 213, 214)을 포함할 수 있다. 여기서 제1 전극(211) 및 제2 전극(212)은 제3 전극(213) 및 제4 전극(214)에 비하여 상대적으로 얕은 영역의 생체 임피던스 정보를 획득하기 위해 사용되는 전극이고, 제3 전극(213) 및 제4 전극(214)은 제1 전극(211) 및 제2 전극(212)에 비하여 상대적으로 깊은 영역의 생체 임피던스 정보를 획득하기 위해 사용되는 전극일 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1 전극(211)과 제2 전극(212)은 제1 거리만큼 이격되어 광 센서(110)를 중심으로 대칭적으로 배치될 수 있다. 또한, 제3 전극(213)과 제4 전극(214)은 제2 거리만큼 이격되어 광 센서(110)를 중심으로 대칭적으로 배치될 수 있다. 이때, 제2 거리는 제1 거리보다 클 수 있으며, 제1 전극(211)과 제2 전극(212)은 제3 전극(213)과 제4 전극(214) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 중심에는 광 센서(110)가, 최외곽에는 제3 전극(213) 및 제4 전극(214)이, 중심과 최외곽 사이에는 제1 전극(211) 및 제2 전극(212)이 각각 배치될 수 있으며, 광센서(110_와 4개의 전극(211, 212, 213, 214)의 중심들은 일직선을 형성할 수 있다.
한편, 4개의 전극(211, 212, 213, 214)은 동일한 크기로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 생체 신호 측정 장치(100)의 크기 및/또는 원하는 생체 임피던스 측정 깊이 등에 따라 4개의 전극(211, 212, 213, 214)의 크기는 서로 다르게 구현될 수 있다.
모드 제어부(220)는 생체 임피던스 센서(120)가 동일한 영역의 깊이별 생체 임피던스를 측정할 수 있도록 생체 임피던스 센서(120)의 동작 모드를 제어할 수 있다. 예컨대, 모드 제어부(220)는 사용자의 명령이 있거나 설정된 이벤트가 발생하면, 생체 임피던스 센서(120)의 동작 모드를 제1 모드 또는 제2 모드로 설정할 수 있다. 이때, 제1 모드는 제1 깊이의 생체 임피던스를 측정할 수 있는 모드이고, 제2 모드는 제2 깊이의 생체 임피던스를 측정할 수 있는 모드일 수 있다.
임피던스 측정부(230)는 모드 제어부(220)에서 설정된 동작 모드에 따라 4개의 전극(211, 212, 213, 214)을 이용하여 깊이별 생체 임피던스를 측정할 수 있다.
도 4는 생체 임피던스 센서 구조의 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 4는 전극간의 간격이 넓어질수록 전자기파 신호의 투과 깊이가 증가하는 현상을 이용한 것으로, 측정에 이용되는 전극간의 거리를 가변함으로써 측정 깊이를 가변할 수 있는 실시예이다.
도 4를 참조하면, 모드 제어부(220)는 제1 스위치(221) 및 제2 스위치(222)를 포함할 수 있다. 제1 모드에서 제1 스위치(221)는 임피던스 측정부(230)를 제1 전극(211)에 연결하고 제2 스위치(222)는 임피던스 측정부(230)를 제2 전극(212)에 연결할 수 있다. 또한, 제2 모드에서 제1 스위치(221)는 임피던스 측정부(230)를 제3 전극(213)에 연결하고 제2 스위치(222)는 임피던스 측정부(230)를 제4 전극(214)에 연결할 수 있다.
임피던스 측정부(230)는 전류원(231) 및 전압계(232)를 포함하며, 제1 스위치(221) 및 제2 스위치(222)를 통하여 제1 모드에서 제1 전극(211) 및 제2 전극(212)에 연결되고 제2 모드에서 제3 전극(213) 및 제4 전극(214)에 연결될 수 있다.
제1 모드에서, 전류원(231)은 제1 전극(211) 및 제2 전극(212)을 통하여 피검체에 전류를 인가하고, 전압계(232)는 전류원(231)에서 피검체로 인가된 전류로 인하여 제1 전극(211) 및 제2 전극(212) 양단에 걸리는 전압(이하, 제1 전압)을 측정할 수 있다. 이때, 제1 전극(211) 및 제2 전극(212)을 통하여 인가된 전류는 제1 깊이까지 흐르게 되며, 따라서, 제1 전압은 제1 깊이까지의 정보를 포함할 수 있다.
제2 모드에서, 전류원(231)은 제3 전극(213) 및 제4 전극(214)을 통하여 피검체에 전류를 인가하고, 전압계(232)는 전류원(231)에서 인가된 전류로 인하여 제3 전극(213) 및 제4 전극(214) 양단에 걸리는 전압(이하, 제2 전압)을 측정할 수 있다. 이때, 제3 전극(213) 및 제4 전극(214)을 통하여 인가된 전류는 제2 깊이까지 흐르게 되며, 따라서, 제2 전압은 제2 깊이까지의 정보를 포함할 수 있다.
한편, 임피던스 측정부(230)는 제1 모드에서 인가된 전류 및 측정된 제1 전압을 기반으로 피검체의 제1 깊이에 대한 생체 임피던스를 산출하고, 제2 모드에서 인가된 전류 및 측정된 제2 전압을 기반으로 피검체의 제2 깊이에 대한 생체 임피던스를 산출할 수 있다. 이때 임피던스 측정부(230)는 전압, 전류 및 임피던스와의 관계식(V=I*Z)를 이용할 수 있다.
도 5는 전극간 간격에 따른 에너지 침투 깊이를 설명하기 위한 예시도이다.
제1 전극(211) 및 제2 전극(212)을 제1 간격(a)으로 배치하고 제3 전극(213) 및 제4 전극(214)을 제2 간격(b)으로 배치한 경우(단, a<b), 제1 전극(211) 및 제2 전극(212)을 통하여 전류를 인가하면, 표피층에 전달되는 에너지(520)가 진피층에 전달되는 에너지(510)보다 크다는 것을 알 수 있다. 반면, 제3 전극(213) 및 제4 전극(214)을 통하여 전류를 인가하면, 진피층에 전달되는 에너지(510)가 표피층에 전달되는 에너지(520)보다 크다는 것을 알 수 있다. 즉, 전극간 간격에 따라 에너지 침투 깊이가 가변된다는 것을 알 수 있다.
도 6은 생체 임피던스 센서 구조의 다른 실시예를 도시한 도면이다. 도 6은 전극의 면적이 넓어질수록 전자기파 신호의 투과 깊이가 증가하는 현상을 이용한 것으로, 측정에 이용되는 전극의 면적을 가변함으로써 측정 깊이를 가변할 수 있는 실시예이다.
도 6을 참조하면, 모드 제어부(220)는 제3 스위치(223) 및 제4 스위치(224)를 포함할 수 있다. 제1 모드에서 제3 스위치(223)는 제1 전극(211)과 제3 전극(213)의 연결을 끊고, 제4 스위치(224)는 제2 전극(212)과 제4 전극(214)을 연결을 끊을 수 있다. 또한, 제2 모드에서 제3 스위치(223)는 제1 전극(211)과 제3 전극(213)을 연결하고, 제4 스위치(224)는 제2 전극(212)과 제4 전극(214)을 연결할 수 있다. 제2 모드에서 제1 전극(211)과 제3 전극(213)이 연결되어 하나의 전극이 형성되고 제2 전극(212)과 제4 전극(214)이 연결되어 하나의 전극이 형성됨으로써, 실질적으로 전극의 면적이 넓어지게 된다.
임피던스 측정부(230)는 전류원(231) 및 전압계(232)를 포함하며, 제1 전극(211) 및 제2 전극(212)에 연결될 수 있다.
제1 모드에서, 전류원(231)은 제1 전극(211) 및 제2 전극(212)을 통하여 피검체에 전류를 인가하고, 전압계(232)는 전류원(231)에서 피검체로 인가된 전류로 인하여 제1 전극(211) 및 제2 전극(212) 양단에 걸리는 전압(이하, 제3 전압)을 측정할 수 있다. 이때, 제1 전극(211) 및 제2 전극(212)을 통하여 인가된 전류는 제1 깊이까지 흐르게 되며, 따라서, 제3 전압은 제1 깊이까지의 정보를 포함할 수 있다.
제2 모드에서, 전류원(231)은 제3 전극(213)과 연결된 제1 전극(211) 및 제4 전극(214)과 연결된 제2 전극(212)을 통하여 피검체에 전류를 인가하고, 전압계(232)는 전류원(231)에서 인가된 전류로 인하여 제3 전극(213)과 연결된 제1 전극(211) 및 제4 전극(214)과 연결된 제2 전극(212)에 걸리는 전압(이하, 제4 전압)을 측정할 수 있다. 이때, 제3 전극(213)과 연결된 제1 전극(211) 및 제4 전극(214)과 연결된 제2 전극(212)을 통하여 인가된 전류는 제2 깊이까지 흐르게 되며, 따라서, 제4 전압은 제2 깊이까지의 정보를 포함할 수 있다.
한편, 임피던스 측정부(230)는 제1 모드에서 인가된 전류 및 측정된 제3 전압을 기반으로 피검체의 제1 깊이에 대한 생체 임피던스를 산출하고, 제2 모드에서 인가된 전류 및 측정된 제4 전압을 기반으로 피검체의 제2 깊이에 대한 생체 임피던스를 산출할 수 있다. 이때 임피던스 측정부(230)는 전압, 전류 및 임피던스와의 관계식(V=I*Z)를 이용할 수 있다.
도 7은 생체 임피던스 센서 구조의 다른 실시예를 도시한 도면이다. 도 7은 측정 주파수가 변화함에 따라 전자기파의 투과 깊이가 변화하는 현상을 이용한 것으로, 측정 주파수를 변화시킴으로써 측정 깊이를 가변할 수 있는 실시예이다.
도 7을 참조하면, 모드 제어부(220)는 임피던스 측정부(230)의 전류원(231)의 주파수를 조절할 수 있다. 예컨대, 모드 제어부(220)는 제1 모드에서 전류원(231)의 주파수를 제1 주파수(f1)로 설정하고, 제2 모드에서 전류원(231)의 주파수를 제2 주파수(f2)로 설정할 수 있다. 이때, f1<f2 일 수 있다.
임피던스 측정부(230)는 전류원(231) 및 전압계(232)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 전극(211) 및 제3 전극(213)은 연결되어 하나의 제5 전극(215)을 형성하고, 제2 전극(212) 및 제4 전극(214)은 연결되어 하나의 제6 전극(216)을 형성할 수 있다.
제1 모드에서, 전류원(231)은 제5 전극(215) 및 제6 전극(216)을 통하여 피검체에 제1 주파수의 전류를 인가하고, 전압계(232)는 전류원(231)에서 피검체로 인가된 제1 주파수의 전류로 인하여 제5 전극(215) 및 제6 전극(216) 양단에 걸리는 전압(이하, 제5 전압)을 측정할 수 있다. 이때, 제5 전극(215) 및 제6 전극(216)을 통하여 인가된 제1 주파수의 전류는 제1 깊이까지 흐르게 되며, 따라서, 제5 전압은 제1 깊이까지의 정보를 포함할 수 있다.
제2 모드에서, 전류원(231)은 제5 전극(215) 및 제6 전극(216)을 통하여 피검체에 제2 주파수의 전류를 인가하고, 전압계(232)는 전류원(231)에서 인가된 제2 주파수의 전류로 인하여 제5 전극(215) 및 제6 전극(216)에 걸리는 전압(이하, 제6 전압)을 측정할 수 있다. 이때, 제5 전극(215) 및 제6 전극(216)을 통하여 인가된 제2 주파수의 전류는 제2 깊이까지 흐르게 되며, 따라서, 제6 전압은 제2 깊이까지의 정보를 포함할 수 있다.
한편, 임피던스 측정부(230)는 제1 모드에서 인가된 전류 및 측정된 제5 전압을 기반으로 피검체의 제1 깊이에 대한 생체 임피던스를 산출하고, 제2 모드에서 인가된 전류 및 측정된 제6 전압을 기반으로 피검체의 제2 깊이에 대한 생체 임피던스를 산출할 수 있다. 이때 임피던스 측정부(230)는 전압, 전류 및 임피던스와의 관계식(V=I*Z)를 이용할 수 있다.
한편, 도 2 내지 도 7은 생체 임피던스 센서가 2쌍의 전극, 즉 4개의 전극을 포함하고 있는 것으로 설명하나 이에 한정되지 않는다. 즉, 생체 신호 측정 장치의 크기 및/또는 원하는 생체 임피던스 측정 깊이 등에 따라 전극의 개수는 다양할 수 있다.
도 8은 생체 임피던스 센서의 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 8을 참조하면, 생체 임피던스 센서(120)는 전극부(810), 모드 제어부(820) 및 임피던스 측정부(830)를 포함할 수 있다.
전극부(810)는 피검체에 접촉되는 2개의 전극(811, 812)을 포함할 수 있다. 여기서 제1 전극(211) 및 제2 전극(212)은 소정 거리만큼 이격되어 광 센서(110)를 중심으로 대칭적으로 배치될 수 있다. 즉, 광센서와 2개의 전극(811, 812)의 중심들은 일직선을 형성할 수 있다.
한편, 2개의 전극(811, 812)은 동일한 크기로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 생체 신호 측정 장치(100)의 크기 및/또는 원하는 생체 임피던스 측정 깊이 등에 따라 2개의 전극(811, 812)의 크기는 서로 다르게 구현될 수 있다.
모드 제어부(820)는 생체 임피던스 센서(120)가 동일한 영역의 깊이별 생체 임피던스를 측정할 수 있도록 생체 임피던스 센서(120)의 동작 모드를 제어할 수 있다. 예컨대, 모드 제어부(820)는 사용자의 명령이 있거나 설정된 이벤트가 발생하면, 생체 임피던스 센서(120)의 동작 모드를 제1 모드 또는 제2 모드로 설정할 수 있다. 이때, 제1 모드는 제1 깊이의 생체 임피던스를 측정할 수 있는 모드이고, 제2 모드는 제2 깊이의 생체 임피던스를 측정할 수 있는 모드일 수 있다.
임피던스 측정부(830)는 모드 제어부(820)에서 설정된 동작 모드에 따라 2개의 전극(811, 812)을 이용하여 깊이별 생체 임피던스를 측정할 수 있다.
도 9는 생체 임피던스 센서 구조의 다른 실시예를 도시한 도면이다. 도 9는 측정 주파수가 변화함에 따라 전자기파의 투과 깊이가 변화하는 현상을 이용한 것으로, 2개의 전극을 이용하여 측정 주파수를 변화시킴으로써 측정 깊이를 가변할 수 있는 실시예이다.
도 9를 참조하면, 모드 제어부(820)는 임피던스 측정부(830)의 전류원(831)의 주파수를 조절할 수 있다. 예컨대, 모드 제어부(820)는 제1 모드에서 전류원(831)의 주파수를 제1 주파수(f1)로 설정하고, 제2 모드에서 전류원(831)의 주파수를 제2 주파수(f2)로 설정할 수 있다. 이때, f1<f2 일 수 있다.
임피던스 측정부(830)는 전류원(831) 및 전압계(832)를 포함할 수 있다.
제1 모드에서, 전류원(831)은 제1 전극(811) 및 제2 전극(812)을 통하여 피검체에 제1 주파수의 전류를 인가하고, 전압계(832)는 전류원(831)에서 피검체로 인가된 제1 주파수의 전류로 인하여 제1 전극(811) 및 제2 전극(812) 양단에 걸리는 전압(이하, 제7 전압)을 측정할 수 있다. 이때, 제1 전극(811) 및 제2 전극(812)을 통하여 인가된 제1 주파수의 전류는 제1 깊이까지 흐르게 되며, 따라서, 제7 전압은 제1 깊이까지의 정보를 포함할 수 있다.
제2 모드에서, 전류원(831)은 제1 전극(811) 및 제2 전극(812)을 통하여 피검체에 제2 주파수의 전류를 인가하고, 전압계(832)는 전류원(831)에서 인가된 제2 주파수의 전류로 인하여 제1 전극(811) 및 제2 전극(812)에 걸리는 전압(이하, 제8 전압)을 측정할 수 있다. 이때, 제1 전극(811) 및 제2 전극(812)을 통하여 인가된 제2 주파수의 전류는 제2 깊이까지 흐르게 되며, 따라서, 제8 전압은 제2 깊이까지의 정보를 포함할 수 있다.
한편, 임피던스 측정부(830)는 제1 모드에서 인가된 전류 및 측정된 제7 전압을 기반으로 피검체의 제1 깊이에 대한 생체 임피던스를 산출하고, 제2 모드에서 인가된 전류 및 측정된 제8 전압을 기반으로 피검체의 제2 깊이에 대한 생체 임피던스를 산출할 수 있다. 이때 임피던스 측정부(230)는 전압, 전류 및 임피던스와의 관계식(V=I*Z)를 이용할 수 있다.
도 10은 생체 신호 측정 장치의 다른 실시예를 도시한 블록도이다. 도 10의 생체 신호 측정 장치(1000)는 전자 장치에 탑재될 수 있다. 이때 전자 장치는 휴대폰, 스마트폰, 타블렛, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등을 포함할 수 있고, 웨어러블 디바이스는 손목시계형, 손목 밴드형, 반지형, 벨트형, 목걸이형, 발목 밴드형, 허벅지 밴드형, 팔뚝 밴드형 등을 포함할 수 있다. 그러나 전자 장치는 상술한 예에 제한되지 않으며, 웨어러블 디바이스 역시 상술한 예에 제한되지 않는다.
도 10을 참조하면, 생체 신호 측정 장치(1000)는 광 센서(1010), 생체 임피던스 센서(1020) 및 프로세서(1030)를 포함할 수 있다. 여기서, 광 센서(1010) 및 생체 임피던스 센서(1020)는 도 1의 광 센서(110) 및 생체 임피던스 센서(120)와 각각 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
프로세서(1030)는 광 센서(1010)에서 측정된 광 신호 및 생체 임피던스 센서(1020)에서 측정된 깊이별 생체 임피던스를 기반으로 피검체의 생체 정보를 획득할 수 있다. 이때, 생체 정보는 체지방량, 제지방량, 근육량, 골격근량, 기초대사량, 세포내수분량, 세포외수분량, 체수분량, 무기질량, 내장지방량, 혈류량, 섭취 칼로리, 적혈구 용적률, 혈당 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(1030)는 생체 정보 추정 모델을 이용하여 피검체의 생체 정보를 획득할 수 있다. 여기서 생체 정보 추정 모델은 광 신호, 깊이별 생체 임피던스, 및 생체 정보와의 관계를 정의한 것으로 희귀 분석 또는 기계 학습을 통해 미리 구축되어 프로세서(1030)의 내부 또는 외부 데이터베이스에 저장될 수 있다. 생체 정보 추정 모델은 수학식 알고리즘 형태 또는 매칭 테이블 형태로 구축될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 11은 생체 신호 측정 장치의 또 다른 실시예를 도시한 블록도이다. 도 11의 생체 신호 측정 장치(1100)는 전자 장치에 탑재될 수 있다. 이때 전자 장치는 휴대폰, 스마트폰, 타블렛, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등을 포함할 수 있고, 웨어러블 디바이스는 손목시계형, 손목 밴드형, 반지형, 벨트형, 목걸이형, 발목 밴드형, 허벅지 밴드형, 팔뚝 밴드형 등을 포함할 수 있다. 그러나 전자 장치는 상술한 예에 제한되지 않으며, 웨어러블 디바이스 역시 상술한 예에 제한되지 않는다.
도 11을 참조하면, 생체 신호 측정 장치(1100)는 광 센서(1010), 생체 임피던스 센서(1020), 프로세서(1030), 입력부(1110), 저장부(1120), 통신부(1130) 및 출력부(1140)를 포함할 수 있다. 여기서, 광 센서(1010), 생체 임피던스 센서(1020) 및 프로세서(1030)는 도 10을 참조하여 전술한 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
입력부(1110)는 사용자로부터 다양한 조작신호를 입력 받을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 입력부(1110)는 키 패드(key pad), 돔 스위치(dome switch), 터치 패드(touch pad)(정압/정전), 조그 휠(Jog wheel), 조그 스위치(Jog switch), H/W 버튼 등을 포함할 수 있다. 특히, 터치 패드가 디스플레이와 상호 레이어 구조를 이룰 경우, 이를 터치 스크린이라 부를 수 있다.
저장부(1120)는 생체 신호 측정 장치(1100)의 동작을 위한 프로그램 또는 명령들을 저장할 수 있고, 생체 신호 측정 장치(1100)에 입력되는 데이터 및 생체 신호 측정 장치(1100)로부터 출력되는 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 저장부(1120)는 생체 신호 측정 장치(1100)에서 처리된 데이터, 및 생체 신호 측정 장치(1100)의 데이터 처리에 필요한 데이터(예, 생체 정보 추정 모델 등)을 저장할 수 있다.
저장부(1120)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드 디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예컨대, SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), PROM(Programmable Read Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 등 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 또한, 생체 신호 측정 장치(1100)는 인터넷 상에서 저장부(1120)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage) 등 외부 저장 매체를 운영할 수도 있다.
통신부(1130)는 외부 장치와 통신을 수행할 수 있다. 예컨대, 통신부(1130)는 생체 신호 측정 장치(1100)에서 취급하는 데이터 또는 생체 신호 측정 장치(1100)의 처리 결과 데이터 등을 외부 장치로 전송하거나, 외부 장치로부터 생체 신호 측정 및/또는 생체 정보 추정에 필요하거나 도움이 되는 다양한 데이터를 수신할 수 있다.
이때, 외부 장치는 생체 신호 측정 장치(1100)에서 취급하는 데이터 또는 생체 신호 측정 장치(1100)의 처리 결과 데이터 등을 사용하는 의료 장비, 결과물을 출력하기 위한 프린트 또는 디스플레이 장치일 수 있다. 이외에도 외부 장치는 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 휴대폰, 스마트폰, 태블릿, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
통신부(1130)는 블루투스(bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC), WLAN 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(Infrared Data Association, IrDA) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra-wideband) 통신, Ant+ 통신, WIFI 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 3G 통신, 4G 통신 및 5G 통신 등을 이용하여 외부 장치와 통신할 수 있다. 그러나, 이는 일 예에 불과할 뿐이며, 이에 한정되는 것은 아니다.
출력부(1140)는 생체 신호 측정 장치(1100)에서 취급하는 데이터 또는 생체 신호 측정 장치(1100)의 처리 결과 데이터 등을 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 출력부(1140)는 생체 신호 측정 장치(1100)에서 취급하는 데이터 또는 생체 신호 측정 장치(1100)의 처리 결과 데이터 등을 청각적 방법, 시각적 방법 및 촉각적 방법 중 적어도 하나의 방법으로 출력할 수 있다. 이를 위해 출력부(1140)는 디스플레이, 스피커, 진동기 등을 포함할 수 있다.
도 12는 생체 신호 측정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다. 도 12의 생체 신호 측정 방법은 도 1의 생체 신호 측정 장치에 의해 수행될 수 있다.
도 12를 참조하면, 생체 신호 측정 장치는 광 센서를 통하여 피검체에 광을 조사하고 피검체로부터 되돌아오는 광을 수신하여 피검체의 광 신호를 측정할 수 있다(1210).
생체 신호 측정 장치는 광 센서의 측정 영역과 동일한 영역에 대한 깊이별 생체 임피던스를 측정할 수 있다(1220). 예컨대 생체 신호 측정 장치는 광 센서를 중심으로 대칭적으로 배치되는 적어도 하나의 전극쌍을 이용하여, 전극 간의 간격, 전극의 면적, 및 측정 주파수 중 적어도 하나를 조절함으로써 광 센서의 측정 영역과 동일한 영역에 대한 깊이별 생체 임피던스를 측정할 수 있다.
도 13은 깊이별 생체 임피던스 측정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다. 도 13의 깊이별 생체 임피던스 측정 방법은 도 12의 깊이별 생체 임피던스 측정 과정(1220)의 일 실시예일 수 있다.
도 13을 참조하면, 생체 신호 측정 장치는 제1 간격으로 광 센서를 중심으로 대칭적으로 배치되는 제1 전극과 제2 전극을 통해 제1 깊이의 생체 임피던스를 측정할 수 있다(1310). 예컨대, 생체 신호 측정 장치는 임피던스 측정부를 제1 전극과 제2 전극에 연결하여 제1 전극과 제2 전극을 통해 피검체에 전류를 인가하고, 피검체에 인가된 전류로 인하여 제1 전극과 제2 전극 사이에 걸리는 전압을 측정함으로써, 제1 깊이의 생체 임피던스를 측정할 수 있다.
생체 신호 측정 장치는 임피던스 측정부를 제2 간격으로 광 센서를 중심으로 대칭적으로 배치되는 제3 전극과 제4 전극에 연결할 수 있다(1320).
생체 신호 측정 장치는 제3 전극과 제4 전극을 통해 제2 깊이의 생체 임피던스를 측정할 수 있다(1330). 예컨대, 생체 신호 측정 장치는 제3 전극과 제4 전극을 통해 피검체에 전류를 인가하고, 피검체에 인가된 전류로 인하여 제3 전극과 제4 전극 사이에 걸리는 전압을 측정함으로써, 제2 깊이의 생체 임피던스를 측정할 수 있다.
도 14는 깊이별 생체 임피던스 측정 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다. 도 14의 깊이별 생체 임피던스 측정 방법은 도 12의 깊이별 생체 임피던스 측정 과정(1220)의 일 실시예일 수 있다.
도 14를 참조하면, 생체 신호 측정 장치는 제1 간격으로 광 센서를 중심으로 대칭적으로 배치되는 제1 전극과 제2 전극을 통해 제1 깊이의 생체 임피던스를 측정할 수 있다(1410). 예컨대, 생체 신호 측정 장치는 제1 전극과 제2 전극을 통해 피검체에 전류를 인가하고, 피검체에 인가된 전류로 인하여 제1 전극과 제2 전극 사이에 걸리는 전압을 측정함으로써, 제1 깊이의 생체 임피던스를 측정할 수 있다.
생체 신호 측정 장치는 제1 전극을 제2 간격으로 광 센서를 중심으로 대칭적으로 배치되는 제3 전극과 제4 전극 중 제3 전극에 연결하고, 제2 전극을 광 센서를 중심으로 대칭적으로 배치되는 제3 전극과 제4 전극 중 제4 전극에 연결할 수 있다(1420).
생체 신호 측정 장치는 제3 전극과 연결된 제1 전극과, 제4 전극과 연결된 제2 전극을 통해 제2 깊이의 생체 임피던스를 측정할 수 있다(1430). 예컨대, 생체 신호 측정 장치는 제3 전극과 연결된 제1 전극과, 제4 전극과 연결된 제2 전극을 통해 피검체에 전류를 인가하고, 피검체에 인가된 전류로 인하여 제3 전극과 연결된 제1 전극과, 제4 전극과 연결된 제2 전극 사이에 걸리는 전압을 측정함으로써, 제2 깊이의 생체 임피던스를 측정할 수 있다.
도 15는 깊이별 생체 임피던스 측정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다. 도 15의 깊이별 생체 임피던스 측정 방법은 도 12의 깊이별 생체 임피던스 측정 과정(1220)의 일 실시예일 수 있다.
도 15를 참조하면, 생체 신호 측정 장치는 제1 간격으로 광 센서를 중심으로 대칭적으로 배치되는 제5 전극과 제6 전극을 통해 제1 주파수로 제1 깊이의 생체 임피던스를 측정할 수 있다(1510). 예컨대, 생체 신호 측정 장치는 제5 전극과 제6 전극을 통해 피검체에 제1 주파수의 전류를 인가하고, 피검체에 인가된 전류로 인하여 제5 전극과 제6 전극 사이에 걸리는 전압을 측정함으로써, 제1 깊이의 생체 임피던스를 측정할 수 있다.
생체 신호 측정 장치는 임피던스 측정부를 측정 주파수를 제1 주파수에서 제2 주파수로 변경할 수 있다(1520).
생체 신호 측정 장치는 제5 전극과 제6 전극을 통해 제2 주파수로 제2 깊이의 생체 임피던스를 측정할 수 있다(1530). 예컨대, 생체 신호 측정 장치는 제5 전극과 제6 전극을 통해 피검체에 제2 주파수의 전류를 인가하고, 피검체에 인가된 전류로 인하여 제5 전극과 제6 전극 사이에 걸리는 전압을 측정함으로써, 제2 깊이의 생체 임피던스를 측정할 수 있다.
도 16은 생체 신호 측정 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다. 도 16의 생체 신호 측정 방법은 도 10의 생체 신호 측정 장치에 의해 수행될 수 있다.
도 16을 참조하면, 생체 신호 측정 장치는 광 센서를 통하여 피검체에 광을 조사하고 피검체로부터 되돌아오는 광을 수신하여 피검체의 광 신호를 측정할 수 있다(1610).
생체 신호 측정 장치는 광 센서의 측정 영역과 동일한 영역에 대한 깊이별 생체 임피던스를 측정할 수 있다(1620). 예컨대 생체 신호 측정 장치는 광 센서를 중심으로 대칭적으로 배치되는 적어도 하나의 전극쌍을 이용하여, 전극 간의 간격, 전극의 면적, 및 측정 주파수 중 적어도 하나를 조절함으로써 광 센서의 측정 영역과 동일한 영역에 대한 깊이별 생체 임피던스를 측정할 수 있다.
생체 신호 측정 장치는 측정된 광 신호 및 측정된 깊이별 생체 임피던스를 기반으로 피검체의 생체 정보를 획득할 수 있다(1630). 이때, 생체 정보는 체지방량, 제지방량, 근육량, 골격근량, 기초대사량, 세포내수분량, 세포외수분량, 체수분량, 무기질량, 내장지방량, 혈류량, 섭취 칼로리, 적혈구 용적률, 혈당 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 생체 신호 측정 장치는 생체 정보 추정 모델을 이용하여 피검체의 생체 정보를 획득할 수 있다. 여기서 생체 정보 추정 모델은 광 신호, 깊이별 생체 임피던스, 및 생체 정보와의 관계를 정의한 것으로 희귀 분석 또는 기계 학습을 통해 미리 구축되어 생체 신호 측정 장치의 내부 또는 외부 데이터베이스에 저장될 수 있다. 생체 정보 추정 모델은 수학식 알고리즘 형태 또는 매칭 테이블 형태로 구축될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 상기의 프로그램을 구현하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 디스크 등을 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 작성되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
100: 생체 신호 측정 장치
110: 광 센서
120: 생체 임피던스 센서

Claims (26)

  1. 피검체에 광을 조사하고 상기 피검체로부터 되돌아오는 광 신호를 수신하는 광 센서; 및
    상기 광 센서의 측정 영역과 동일한 영역에 대한 깊이별 생체 임피던스를 측정하는 생체 임피던스 센서; 를 포함하는,
    생체 신호 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 생체 임피던스 센서는,
    전극 간의 간격, 전극의 면적, 및 측정 주파수 중 적어도 하나를 조절하여 깊이별 생체 임피던스를 측정하는,
    생체 신호 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 생체 임피던스 센서는,
    제1 거리만큼 이격되어 상기 광 센서를 중심으로 대칭적으로 배치되는 제1 전극과 제2 전극;
    제2 거리만큼 이격되어 상기 광 센서를 중심으로 대칭적으로 배치되는 제3 전극과 제4 전극; 및
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 이용하여 제1 깊이의 생체 임피던스를 측정하고, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극을 이용하여 제2 깊이의 생체 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부; 를 포함하는,
    생체 신호 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상기 제3 전극과 상기 제4 전극 사이에 배치되는,
    생체 신호 측정 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극, 상기 제4 전극 및 상기 광 센서의 중심들은 일직선을 형성하는,
    생체 신호 측정 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 생체 임피던스 센서는,
    깊이별 생체 임피던스 측정을 위한 동작 모드를 제어하는 모드 제어부; 를 더 포함하는,
    생체 신호 측정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 모드 제어부는,
    제1 모드에서 상기 임피던스 측정부를 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 연결하고, 제2 모드에서 상기 임피던스 측정부를 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극과 연결하는,
    생체 신호 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 임피던스 측정부는,
    상기 제1 모드에서 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 통해 상기 피검체에 전류를 인가하고, 상기 제2 모드에서 상기 제3 전극과 상기 제4 전극을 통해 상기 피검체에 전류를 인가하는 전류원; 및
    상기 제1 모드에서 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 양단에 걸리는 제1 전압을 측정하고, 상기 제2 모드에서 상기 제3 전극과 상기 제4 전극 양단에 걸리는 제2 전압을 측정하는 전압계; 를 포함하는,
    생체 신호 측정 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 모드 제어부는,
    제1 모드에서 상기 제1 전극과 상기 제3 전극의 연결을 끊고 상기 제2 전극과 상기 제4 전극의 연결을 끊고, 제2 모드에서 상기 제1 전극과 상기 제3 전극을 연결하고 상기 제2 전극과 상기 제4 전극을 연결하는,
    생체 신호 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 임피던스 측정부는,
    상기 제1 모드에서 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 통해 상기 피검체에 전류를 인가하고, 상기 제2 모드에서 상기 제1 전극과 연결된 제3 전극과, 상기 제2 전극과 연결된 제4 전극을 통해 상기 피검체에 전류를 인가하는 전류원; 및
    상기 제1 모드에서 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 양단에 걸리는 제1 전압을 측정하고, 상기 제2 모드에서 상기 제1 전극과 연결된 제3 전극과, 상기 제2 전극과 연결된 제4 전극 양단에 걸리는 제2 전압을 측정하는 전압계; 를 포함하는,
    생체 신호 측정 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 생체 임피던스 센서는,
    소정 거리만큼 이격되어 상기 광 센서를 중심으로 대칭적으로 배치되는 제1 전극과 제2 전극; 및
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 이용하여 제1 깊이의 생체 임피던스를 측정 및 제2 깊이의 생체 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부; 를 포함하는,
    생체 신호 측정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 생체 임피던스 센서는,
    깊이별 생체 임피던스 측정을 위한 동작 모드를 제어하는 모드 제어부; 를 더 포함하는,
    생체 신호 측정 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 모드 제어부는,
    제1 모드에서 측정 주파수를 제1 주파수로 설정하고, 제2 모드에서 측정 주파수를 제2 주파수로 설정하는,
    생체 신호 측정 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 임피던스 측정부는,
    상기 제1 모드에서 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통하여 상기 피검체에 상기 제1 주파수의 전류를 인가하고, 제2 모드에서 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통하여 상기 피검체에 제2 주파수의 전류를 인가하는 전류원; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 양단에 걸리는 전압을 측정하는 전압계; 를 포함하는,
    생체 신호 측정 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 측정된 광신호 및 상기 측정된 깊이별 생체 임피던스를 기반으로 상기 피검체의 생체 정보를 획득하는 프로세서; 를 더 포함하는,
    생체 신호 측정 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 생체 정보는,
    체지방량, 제지방량, 근육량, 골격근량, 기초대사량, 세포내수분량, 세포외수분량, 체수분량, 무기질량, 내장지방량, 혈류량, 섭취 칼로리, 적혈구 용적률, 혈당 중 적어도 하나를 포함하는,
    생체 신호 측정 장치.
  17. 광 센서와, 제1 거리만큼 이격되어 상기 광 센서를 중심으로 대칭적으로 배치되는 제1 전극과 제2 전극과, 제2 거리만큼 이격되어 상기 광 센서를 중심으로 대칭적으로 배치되는 제3 전극과 제4 전극을 포함하는 생체 신호 측정 장치의 생체 신호 측정 방법에 있어서,
    피검체에 광을 조사하고 피검체로부터 되돌아오는 광을 수신하여 피검체의 광 신호를 측정하는 단계; 및
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극을 이용하여 상기 광 센서의 측정 영역과 동일한 영역에 대한 깊이별 생체 임피던스를 측정하는 단계; 를 포함하는,
    생체 신호 측정 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 깊이별 생체 임피던스를 측정하는 단계는,
    전극 간의 간격, 및 전극의 면적 중 적어도 하나를 조절하여 깊이별 생체 임피던스를 측정하는,
    생체 신호 측정 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 깊이별 생체 임피던스를 측정하는 단계는,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 통해 상기 피검체에 전류를 인가하고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 양단에 걸리는 전압을 측정하여 제1 깊이의 생체 임피던스를 측정하는 단계; 및
    상기 제3 전극과 상기 제4 전극을 통해 상기 피검체에 전류를 인가하고 상기 제3 전극과 상기 제4 전극 양단에 걸리는 전압을 측정하여 제2 깊이의 생체 임피던스를 측정하는 단계; 를 포함하는,
    생체 신호 측정 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 깊이별 생체 임피던스를 측정하는 단계는,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 통해 상기 피검체에 전류를 인가하고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 양단에 걸리는 전압을 측정하여 제1 깊이의 생체 임피던스를 측정하는 단계;
    상기 제1 전극과 상기 제3 전극을 연결하고, 상기 제2 전극과 상기 제4 전극을 연결하는 단계; 및
    상기 제3 전극에 연결된 제1 전극과, 상기 제4 전극과 연결된 제2 전극을 통해 상기 피검체에 전류를 인가하고 상기 제3 전극에 연결된 제1 전극과, 상기 제4 전극과 연결된 제2 전극 양단에 걸리는 전압을 측정하여 제2 깊이의 생체 임피던스를 측정하는 단계; 를 포함하는,
    생체 신호 측정 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 측정된 광 신호 및 상기 측정된 깊이별 생체 임피던스를 기반으로 상기 피검체의 생체 정보를 획득하는 단계; 를 더 포함하는,
    생체 신호 측정 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 생체 정보는,
    체지방량, 제지방량, 근육량, 골격근량, 기초대사량, 세포내수분량, 세포외수분량, 체수분량, 무기질량, 내장지방량, 혈류량, 섭취 칼로리, 적혈구 용적률, 혈당 중 적어도 하나를 포함하는,
    생체 신호 측정 방법.
  23. 광 센서와, 소정 거리만큼 이격되어 상기 광 센서를 중심으로 대칭적으로 배치되는 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 생체 신호 측정 장치의 생체 신호 측정 방법에 있어서,
    피검체에 광을 조사하고 피검체로부터 되돌아오는 광을 수신하여 피검체의 광 신호를 측정하는 단계; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 이용하여 상기 광 센서의 측정 영역과 동일한 영역에 대한 깊이별 생체 임피던스를 측정하는 단계; 를 포함하는,
    생체 신호 측정 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 깊이별 생체 임피던스를 측정하는 단계는,
    측정 주파수를 조절하여 깊이별 생체 임피던스를 측정하는,
    생체 신호 측정 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 깊이별 생체 임피던스를 측정하는 단계는,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 통해 상기 피검체에 제1 주파수의 전류를 인가하고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 양단에 걸리는 전압을 측정하여 제1 깊이의 생체 임피던스를 측정하는 단계; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 통해 상기 피검체에 제2 주파수의 전류를 인가하고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 양단에 걸리는 전압을 측정하여 제2 깊이의 생체 임피던스를 측정하는 단계; 를 포함하는,
    생체 신호 측정 방법.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 측정된 광 신호 및 상기 측정된 깊이별 생체 임피던스를 기반으로 상기 피검체의 생체 정보를 획득하는 단계; 를 더 포함하는,
    생체 신호 측정 방법.
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